坡面片蚀泥沙有机碳组分及^(13)C同位素不均匀富集对水动力学参数的响应

作     者：屈久祁 刘琳 王善琦 Qu Jiuqi;Liu Lin;Wang Shanqi

作者机构：山东师范大学地理与环境学院山东济南250000 

出 版 物：《水土保持通报》 (Bulletin of Soil and Water Conservation)

年 卷 期：2024年第44卷第1期

页      面：399-409,431页

学科分类：09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 

基　　金：国家自然科学基金项目“棕壤坡面颗粒有机碳流失对团聚体破碎的响应”(41907055) 中国博士后科学基金资助项目“棕壤坡面团聚体颗粒有机碳流失机制”(2019M652456)。 

主　　题：片蚀 轻组有机碳 重组有机碳 水动力学特征 δ^(13)C 分馏效应 

摘      要：[目的]探究片蚀泥沙轻组有机碳(LF_(OC))和重组有机碳(HF_(OC))不均匀富集的水动力学和碳同位素特征,为正确理解水蚀作用下土壤有机碳库变化提供理论与技术支撑。[方法]以陕西省咸阳市杨凌区土为研究对象,采用改进“三区移动式变坡钢制土槽,结合人工模拟降雨技术,测定径流水动力学参数和泥沙各粒径团聚体有机碳组成及其δ^(13)C值,并辅以棕壤侵蚀泥沙有机碳δ^(13)C值和水力参数,验证土试验结果的准确性。[结果]①雨强和坡度较小时,侵蚀泥沙LF_(OC)和HF_(OC)易发生富集,且相较黏粉粒和微团聚体,大团聚体LF_(OC)与HF_(OC)含量受雨强和坡度的影响更大;②侵蚀泥沙黏粉粒中有机碳δ^(13)C值与其有机碳活跃分数(λ)呈负相关,而其他粒径团聚体有机碳δ^(13)C值与其λ呈显著正相关(p0.05);③流速与黏粉粒λ显著正相关(p0.05),雷诺数与各粒径团聚体有机碳δ^(13)C值均呈显著负相关(p0.01),片蚀过程中流速越大,黏粉粒中LF_(OC)越易于优先输移,而紊流加剧则促进低δ^(13)C值团聚体有机碳的优先输移;④对于侵蚀泥沙黏粉粒,流速和雷诺数越大,其有机碳δ^(13)C值越小,λ越大;对于微团聚体和大团聚体,雷诺数越小,其有机碳δ^(13)C值与λ越大。[结论]片蚀过程中轻重组有机碳流失与流速和雷诺数密切相关。并进一步验证了^(13)C同位素对侵蚀泥沙有机碳示踪的有效性。